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Experimental and FE Analysis of Seismic Soil-Pile-Superstructure Interaction in Sand

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  • 砂地盤における杭−地盤−上部工の動的相互作用問題に関する実験とFEM解析

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抄録

40G場の遠心模型実験により,均一で密な砂地盤で下端支持杭を持つ2自由度構造物の動的応答について調べる。上部工の慣性力が杭基礎に与える影響を考察するため上部工の有無,入力正弦波の振幅と振動数を変化させて実験を行う。また,実験結果を2次元非線形動的有限要素解析結果と比較する。ただし,本質的に3次元の問題である杭?地盤の動的相互作用は,応力履歴を考慮できる地盤?杭相互作用ばねを導入し2次元でモデル化するものとする。加速度および変位時刻歴については実験と解析とで良い一致を示したが,曲げモーメントについては今後の検討が必要である。

Seismic response of end bearing piles supporting simple structures founded on a homogeneous dense sand layer over rigid rock is studied using a geotechnical centrifuge at DPRI-KU. Experiments are carried out under the centrifugal acceleration of 40G. The pile foundation is excited by a shaking table at the pile tip with and without the superstructure using sinusoidal waves with different amplitudes and different frequencies to investigate the inertial effect of the superstructure on the pile response. Nonlinear dynamic analyses using the 2-D finite element (FE) method are compared to the recorded responses during shaking in the centrifuge. The soil-pile interaction in 3-D is idealized in 2-D type using soil-pile interaction springs with hysteretic nonlinear load displacement relationships. Computed time histories of pile head acceleration and displacement, except for bending moment, were consistent with those obtained from experiments. Numerical analysis tends to under-estimate the maximum value of the bending moment, because of the empirical procedure for the setting of soil-pile interaction springs.

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